(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端閉鎖の管状金属カバーと、該金属カバーの閉鎖側端部内に収容される感温素子を有する温度センサにおいて、上記金属カバーの上記閉鎖端部内空間に充填されて上記感温素子を保持する充填材を、
アルミナを主成分とする充填材粒子、水、分散剤を含有し、結合助剤を含有しない充填材スラリーを熱処理してなり、熱処理後のビッカース硬度（Ｈｖ）のバラつきが２０以下［最大値−最小値≦２０］としたことを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
上記充填材粒子はアルミナからなり（不可避不純物を除く）、熱処理後のビッカース硬度（Ｈｖ）が３０〜５０の範囲にある請求項１記載の温度センサ。
【請求項３】
上記充填材粒子の平均粒径が１〜１０μｍである請求項１または２記載の温度センサ。
【請求項４】
上記充填材スラリー中の水の含有量は１０〜１５重量％である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項５】
上記充填材スラリー中の分散剤の含有量は０．５〜２．０重量％である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項６】
上記金属カバーの上記閉鎖端部内空間に上記充填材スラリーを注入し、上記感温素子を挿入した状態で熱処理してなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の温度センサ。
【請求項７】
上記感温素子がサーミスタ素子であり、該サーミスタ素子は、上記金属カバー内において出力取り出し用のシースピン端部に固定されている請求項６記載の温度センサ。
【請求項８】
９００℃以上の高温環境下で使用される請求項６または７記載の温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温素子を用いた温度センサに関し、特に、感温素子を保護カバー内に保持固定し、耐振性を向上させるために使用される充填材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車エンジンの排気浄化システムは、排気ガス流路の各部に温度センサを設置し、測定結果に基づく最適な制御を実施して、排気エミッションの低減を図っている。このような用途には、広い検出温度範囲において高応答性を有する温度センサが求められ、感温素子としてサーミスタ素子を用いた温度センサが知られている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
温度センサは、感温素子を金属カバー内に配置し、カバー体内において感温素子の１対の電極線を、シースピンの先端に露出する信号線と接続して構成される。金属カバー内には、感温素子との間に充填材が注入されて、感温素子を固定している。この充填材には、従来からアルミナ等の無機材料を主成分とするセメント材が用いられている。
【０００４】
特許文献１には、アルミナを主成分とするヤング率が２ＧＰａ〜１０ＧＰａの充填材を使用することが記載されている。ヤング率を上記範囲とするために、焼結助剤として、カオリン、タルク、および炭酸カルシウム等を１５重量％〜５重量％含有する充填材スラリーが用いられる。また、充填材スラリーは、粉体成分を分散させる液体を１５重量％〜３０重量％含有し、８００〜１３００℃で加熱固化させる。そして高いヤング率によって、例えば２５℃〜８５０℃の温度センサの使用環境下において、振動による応力が電極線に集中するのを抑制し、耐振性、耐熱応力性を確保しようとしている。
【０００５】
特許文献２には、硬化温度が、温度センサの使用温度以上である充填材を使用することが記載され、例えば、アルミナに、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、ホウ酸等を添加した、硬化温度が６００℃以上である充填材が例示されている。これにより、充填材スラリーをカバー体内に注入して硬化させて冷却した時、熱膨張率が充填材より大きいカバー体が、充填材を締め付ける方向に作用する。そのためカバー体が充填材に密着して、使用時に隙間が生じるのを防ぎ、振動による断線等を抑制する。
【０００６】
特許文献３には、アルミナまたはシリカを主成分とする骨材と、ガラス成分を含み、ガラス成分に含まれるＮａ成分を所定量とした充填材を、サーミスタ素子の周りに充填することが記載されている。例えば、アルミナを骨材とし、ガラス成分（硬化材）として、コロイダルシリカ（ＳｉＯ２：４０．５重量％Ｎａ２Ｏ：０．５重量％以下）を添加した充填材が用いられる。吸湿性を有するＮａを比較的微量とすることで、吸湿性により３００℃程度の中温域で絶縁性が低下するのを抑制しながら、セメントの硬化を損なうことなく、強度を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−９２４８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９２６７号公報
【特許文献３】特開２００７−９３６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術では、充填材の耐振性、耐熱応力性を確保するためには、結合助剤を添加し、例えば、特許文献１のように、ヤング率を所定範囲（２ＧＰａ〜１０ＧＰａ）に調整する必要があるとしてきた。ヤング率が２ＧＰａ以下では、保持力が低下し、応力集中による断線のおそれがあるとされており、例えば温度センサの共振時（１０００Ｇ；温度８５０℃条件下）でのシミュレーションにおいて、電極線の相対変位量を充分小さくし、応力を低くできることが確認されている。
【０００９】
ところで近年、温度センサが設置される自動車エンジンの排気系は、高温化の傾向にあり、例えばターボエンジンでは１０００℃以上に達する。そこで、より高温のターボエンジン使用環境下において、従来の充填材の使用を検討したところ、熱応力を抑えることができずに断線してしまう問題が生じた。また、従来の充填材は、乾燥後に亀裂が発生することが判明し、耐振性への影響が懸念される。従来技術では、実施例に記載される使用温度は、特許文献１で２５℃〜８５０℃、特許文献２で６００℃〜７００℃、特許文献３では３００℃程度であり、高温化への対応は不十分と考えられる。
【００１０】
このように、従来の充填材は使用温度限界が８５０℃程度であり、より高温での熱応力を抑えること、また、亀裂等による耐振性の低下を抑えることが求められている。すなわち、本発明の目的は、温度センサ用の充填材の使用温度限界を向上させて、例えば９００℃以上の高温時の熱応力を抑制し、耐振性を高めて、断線等の不具合を防止できる温度センサを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、一端閉鎖の管状金属カバーと、該金属カバーの閉鎖側端部内に収容される感温素子を有する温度センサにおいて、上記金属カバーの上記閉鎖端部内空間に充填されて上記感温素子を保持する充填材を、
アルミナを主成分とする充填材粒子、水、分散剤を含有し、結合助剤を含有しない充填材スラリーを熱処理してなり、熱処理後のビッカース硬度（Ｈｖ）のバラつきが２０以下［最大値−最小値≦２０］としたものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明において、上記充填材粒子はアルミナからなり（不可避不純物を除く）、熱処理後の充填材のビッカース硬度（Ｈｖ）は３０〜５０の範囲にある。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明において、上記充填材粒子の平均粒径が１〜１０μｍである。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明において、上記充填材スラリー中の水の含有量は１０〜２０重量％である。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明において、上記充填材スラリー中の分散剤の含有量は０．５〜２．０重量％である。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の発明において、上記金属カバーの上記閉鎖端部内空間に上記充填材スラリーを注入し、上記感温素子を挿入した状態で熱処理してなる。
【００１７】
本発明の請求項７に記載の発明において、上記感温素子はサーミスタ素子であり、該サーミスタ素子のリード線は、上記金属カバー内に位置する出力取り出し用のシースピン端部に固定されている。
【００１８】
本発明の請求項８に記載の発明において、温度センサは９００℃以上の高温環境下で使用される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１の温度センサは、感温素子を保持する充填材を、充填材スラリーがアルミナ等の充填材粒子と水と分散剤からなり、結合助剤を添加していないので、熱処理時の亀裂や気泡の発生を防止することができる。これにより、充填材全体の硬度（Ｈｖ）の差が２０以下とバラつきが少ない、均質な充填材となり、車両に搭載されて振動や温度変化を繰り返し受ける温度センサに使用されても、振動による損傷を抑制する効果が高い。また、充填材粒子が結合されないので、比較的柔らかく、熱応力による断線等を防止することができる。よって、耐振性、耐熱応力性が大きく向上し、使用環境温度は室温から高温のターボエンジン（例えば１０００℃）までの広い温度域においても十分適用することができる。
【００２０】
本発明の請求項２において、充填材粒子としてはアルミナが好適であり、ビッカース硬度（Ｈｖ）が３０〜５０と比較的低く、かつバラつきの小さい充填材となる。このような充填材は、柔軟性があり、しかも均質であるので、耐振性、耐熱応力性に優れ、温度センサ用として感温素子を効果的に保持することができる。
【００２１】
本発明の請求項３において、充填材粒子の平均粒径は１〜１０μｍであるのがよく、凝集を抑制して作業性を向上させ、充填性の良好な充填材スラリーを得ることができる。
【００２２】
本発明の請求項４において、充填材スラリー中の水の含有量は１０〜２０重量％であるとよく、水の蒸発に伴う亀裂の発生を防止して、硬度バラつきを小さくする効果が高い。
【００２３】
本発明の請求項５において、充填材スラリー中の分散剤の含有量は０．５〜２．０重量％であるとよく、適量を添加することで、分散性が高く低粘度のスラリーを得ることができる。
【００２４】
本発明の請求項６の温度センサは、請求項１ないし５の充填材を用いて温度センサの感温素子を好適に保持し、振動や熱応力による断線等を防止する効果が高い。
【００２５】
本発明の請求項７の温度センサは、感温素子として感度の高いサーミスタ素子を使用し、該サーミスタ素子のリード線をシースピンに固定して出力を取り出す構成として、高応答性と高耐久性を実現できる。
【００２６】
本発明の請求項８の温度センサは、９００℃以上の高温使用環境下において、好適に使用されて、高い耐振性、耐熱応力性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用した第１実施形態であり、（ａ）は温度センサの主要部構成を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は温度センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、第１実施形態の温度センサの製造工程を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例において作製した充填材サンプルを従来と比較して示す図であり、（ａ）は本発明の充填材、（ｂ）は従来の充填材の外観を示す図面代用写真である。
【図４】本発明の実施例において製造した温度センサを従来と比較して示す図であり、右図は本発明の充填材、左図は従来の充填材を用いた温度センサ先端部の断面を示す図面代用写真である。
【図５】本発明の実施例においてビッカース硬度の測定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面により本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１（ｃ）は本発明を適用した温度センサＳの全体構成図であり、図１（ａ）には温度センサの主要部である感温部１を拡大して示す。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施形態の温度センサＳは、例えば自動車エンジンの燃料噴射制御システムや排気浄化システムにおいて、システム各部位の温度を検出するために使用される。特に、室温から使用環境温度が９００℃以上の高温となるターボエンジンの排気系（例えば１０００℃）に配置されて、排気温度に基づく各種制御を実施するための排気温センサとして、好適に使用することができる。
【００２９】
図１（ｃ）において、温度センサＳは、信号取り出し用のシースピン４の一端側（図の左端側）に、温度検出用の感温素子としてサーミスタ素子２を備える感温部１を配設し、他端側（図の右端側）外周に、フランジ５１を有する筒状取付部５とカバー部材６を配設してなる。温度センサＳを、例えば、排気温センサとして排気管に装着する場合には、感温部１とシースピン４を排気管の取付穴から挿通し、取付部５のフランジ５１を取付穴に嵌合させて図示しないナット等で固定する。これにより、先端の感温部１が排気管内に突出して、排気流路を流通する排気に晒される。
【００３０】
シースピン４は、両端が開口する筒状の金属シース４１内に、一対の金属芯線４２を絶縁保持してなる。シースピン４の基端部（図の右端部）は、取付部５を貫通してカバー部材６内に位置し、金属シース４１から突出する金属芯線４２が絶縁被覆された一対のリード線６１に接続されている。リード線６１は図示しない制御部に接続され、サーミスタ素子２の抵抗値変化から排気温度を検出可能となっている。
【００３１】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、温度センサＳの感温部１は、一端が閉鎖するキャップ状の金属カバー３内に、サーミスタ素子２をシースピン４と接続した状態で収容してなる。サーミスタ素子２は、サーミスタ本体部２１と、本体部２１からシースピン４側へ突出する一対のリード線２２を有し、金属シース４１から突出する金属芯線４２とリード線２２とが、金属カバー３内において接続されている。
【００３２】
金属カバー３は、金属管の先端側に球面状の閉鎖端部を有し、この先端側から他端開口側へ向けて段付に拡径する形状となっている。そして、金属管の開口から内部へ開口内にシースピン４を挿通し、開口近傍を溶接等で固定することにより、内部に密閉空間を形成している。サーミスタ素子２の本体部２１は、最小径の先端部内に収納されて、金属カバー３の内周壁面と近接位置しており、サーミスタ素子２のリード線２２と金属芯線４２の接続部が位置する金属カバー３の中間部は、先端部よりやや大径に形成されている。
【００３３】
サーミスタ素子２の本体部２１には、通常公知の酸化物半導体または酸化物半導体を含有するもの、例えば、Ｃｒ−Ｍｎ系金属酸化物半導体等からなるサーミスタが用いられる。本体部２１は、これら金属酸化物を円板状に成形する際に、Ｐｔ系材料よりなる一対のリード線２２を埋設して成形体とし、一体に焼結することにより得られる。リード線２２となるＰｔ系材料には、ＰｔまたはＰｔ−ＲｈといったＰｔ系合金材料が好適に用いられる。
【００３４】
シースピン４は、サーミスタ素子２の信号をノイズ無く伝達することが要求される。通常、金属シース４１、金属芯線４２は、ステンレス、例えばＳＵＳ３１０Ｓ等の耐熱金属材料にて構成され、金属シース４１内には、金属芯線４２間、金属芯線４２と金属シース４１間の絶縁を確保するために、多孔質の絶縁材料、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を通気可能に充填している。この時、シースピン４内の通気路により、排気管内の感温部１に外部から空気（酸素）を供給可能となる。
【００３５】
金属カバー３は、排気流路に排出される自動車排ガスに直接晒されるため、耐食性があり、高強度で、高温まで使用可能な金属材料が適している。特に、ステンレス製とすることが望ましく、具体的にはＳＵＳ３１０Ｓ等が用いられる。金属カバー３は、開口端部がシースピン４の金属シース４１外周に覆着されて、レーザ溶接等により接合されている。金属カバー３内空間には、充填材１１が素子周りに充填されている。この充填材１１は、本発明の特徴部分であり、以下に詳述する。
【００３６】
充填材１１は、絶縁性の無機セラミックス材料からなり、サーミスタ素子２を保持固定し耐振性を確保するために用いられる。具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、金属カバー３の先端部内および中間部内に充填されて、サーミスタ素子２の本体部２１およびリード線２２の周囲と、さらにリード線２２と金属芯線４２との接続部の周囲を覆っている。応答性を確保するには、感温部１を小型化するのがよく、サーミスタ素子２が配置される金属カバー３の先端部を小径として周囲に配置される充填材１１の容積を小さくし、耐振性を保持しつつ応答性を向上させることができる。
【００３７】
ターボエンジン等の採用により、排気管内に設置される温度センサＳには、９００〜１０００℃ないしそれ以上の高温環境下での耐久性が要求されるようになっている。従来使用されている充填材組成は、８５０℃以下の使用では大きな問題はないものの、車両にかかるＧが大きくなる１０００℃以上の使用では、熱応力が大きくなりサーミスタ素子２のリード線２２の断線につながる懸念があることが判明した。そこで、本発明では、充填材スラリー組成を見直すことにより、より高温での使用に耐える充填材１１を実現する。
【００３８】
本発明の特徴である充填材１１は、アルミナを主成分とする充填材粒子、水、分散剤を含有し、結合助剤を含有しない充填材スラリーを熱処理して得られ、熱処理後のビッカース硬度（Ｈｖ）の最大値と最小値の差が２０以下［最大値−最小値≦２０］のものである。好ましくは、充填材粒子は、アルミナ以外のセラミックス成分（不可避不純物を除く）を含有せず、また、熱処理後の充填材１１は、ビッカース硬度（Ｈｖ）が３０〜５０の範囲にあるのがよい。
【００３９】
本発明の充填材１１は、充填材スラリーが結合助剤成分を含まないために、熱処理後も比較的硬度が低いままとなるが、全体に均質で強度バラつきが小さい。このため、柔軟性がありサーミスタ素子２にかかる熱応力を抑制できるとともに、振動による破壊を抑制して耐振性を向上させる。これに対して、ビッカース硬度（Ｈｖ）の最大値と最小値の差が２０を超える場合には、強度バラつきがある、つまり、亀裂や気泡が多く存在することを意味し、破壊源となりやすい。好適には、ビッカース硬度（Ｈｖ）が３０〜５０の範囲にあれば、最大値と最小値の差が２０以下となる。また、ビッカース硬度（Ｈｖ）が３０に満たないと、強度が足りずに振動で壊れるおそれがあり、５０を超えると熱応力が大きくなってリード線２２の断線につながるおそれがある。
【００４０】
充填材１１の骨材には、使用環境温度において絶縁性を保持し、耐熱性および熱伝導性の良好なアルミナが好適に用いられる。このアルミナを主成分とする充填材粒子を、分散媒としての水に添加し、分散剤を用いて均一分散させた充填材スラリーを調製する。充填材粒子は、使用環境温度で所望の特性が得られる範囲で他のセラミックス成分を含有することもできる。好ましくは、アルミナ以外のセラミックス成分（不可避不純物を除く）を含有しない充填材粒子を用いることで、ビッカース硬度（Ｈｖ）が３０〜５０の範囲にある充填材１１を容易に得ることができる。
【００４１】
充填材粒子は、平均粒径が１〜１０μｍに調整されたものを用いるのがよい。平均粒径が１μｍより小さいと凝集しやすいため、充填材スラリーを調製する際の作業性が低下する。また、１０μｍを超えると充填する際にディスペンサが詰まりやすくなり、充填性が低下する。また、充填後において、充填材１１を構成する充填材粒子の粒子間距離は０．１〜５μｍであるとよい。
【００４２】
充填材スラリー中の水の含有量は、１０〜２０重量％の範囲とするのがよい。水分量をこの範囲より増加させた場合には、充填材乾燥時に水の抜け道として多くの亀裂が入ると考えられ、水の含有量を２０重量％以下であれば、亀裂の発生を防止する効果が得られる。水の含有量が１０重量％より少ないと、流動性が小さくなり、充填材スラリーとして充填し、充填後の硬度バラつきを十分小さくする効果を得ることが難しい。
【００４３】
充填材スラリーを調製するための分散剤には、公知のセラミックス用の分散剤、例えば水系高分子分散剤等が好適に用いられる。分散剤は、充填材スラリーに充填材粒子が均一分散し、所望のスラリー粘度となるように適宜添加する。好適には、充填材スラリー中の含有量が０．５〜２．０重量％の範囲となるように添加することにより、分散性のある(低粘度の)スラリーが得られる。適量の分散剤を添加することで、水の添加量が少量でも分散性のあるスラリーを得ることができ、充填材の強度、耐振性を向上させることができる。なお、充填材スラリーの充填性、均一性を向上させる観点から、分散剤の他、潤滑剤、表面活性剤等を必要に応じて適宜添加することもできる。
【００４４】
このようにして調製した充填材スラリーを、金属カバー３とサーミスタ素子２の間に隙間なく充填し、熱処理を行って充填材１１とする。この熱処理は、乾燥および脱脂のための加熱であり、この過程で、充填材スラリー中の水分が蒸発し、さらに分散剤等が熱分解して除去される。熱処理温度は、適宜設定することができ、例えば１００℃前後で乾燥させた後、分散剤等の分解温度以上、例えば３００℃以上で所定時間保持し、充填材粒子同士を密着させることで、所定の硬度範囲の均質な充填材１１となる。好適には、さらに実使用環境（８５０℃程度）以上、例えば９００℃で所定時間保持し、金属カバー３の酸化処理を行う。
【００４５】
本発明では、充填材スラリーに結合助剤を添加していないので、有機物質の分解に伴う液状物やガスの発生が少なくなり、熱処理後の充填材１１に亀裂や気泡を生じにくい。また、充填材スラリー中の水の含有量を上述した範囲とすることで、水分蒸発に伴う亀裂や気泡の発生を抑制する効果が高い。
【００４６】
本発明の充填材スラリーは、結合助剤を含まないので高温処理してもアルミナ同士は焼結しない。このため、充填材１１作製のみを考えた場合は、水を蒸発させ、分散剤をとばすという処理のみでもよい。ただし、温度センサとしては、充填材粒子を充填した金属カバー３を９００℃前後で熱処理し、金属カバー３を酸化処理させることが望ましい。その理由は、サーミスタ素子２として一般に酸化物材料が用いられており、金属カバー３を酸化処理させていない状態で実使用環境（８５０℃等）におくと、金属カバー３がサーミスタ素子２から酸素を奪い、素子が還元劣化するおそれがあることが知られるためである。よって、実使用温度以上で熱処理を加える工程を経て製品とすることが必要とされる。
【００４７】
上記構成の温度センサＳを製造する場合には、図２（ａ）に示すように、予め、サーミスタ素子２のリード線２２とシースピン４の金属芯線４２をレーザ溶接で接続しておく。一方、上述した方法で充填材１１となる充填材スラリーを調製する。図２（ｂ）に示すように、この充填材スラリーを金属カバー３内に、ディスペンサを用いて所望量を充填する。そこへサーミスタ素子２をシースピン４と接続した状態で、静かに挿入する。次いで、加熱乾燥して充填材スラリー中の水分を蒸発させた後、金属カバー３とシースピン４の金属シース４１とをレーザ溶接で固定し、さらに上述した温度範囲で所定時間、加熱処理を実施して、感温部１を完成させる。
【００４８】
このようにして得られる温度センサＳは、充填材１１が熱処理後も柔らかく、かつ硬度が均一でバラつきが小さい。特に、サーミスタ素子２のリード線２２とシースピン４の金属芯線４２との接続部の周囲において、破壊源となる亀裂や気泡をなくすことができ、耐振性が向上する。また、充填材１１が非焼結で粒子同士が結合しておらず、柔軟性を残しているために、耐熱応力性を向上させることができる。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明の効果を確認するために、上述した方法により、充填材スラリーを調製し、金属カバー３内に充填して充填材１１とした感温部１を作製し、硬度の評価を行った。充填材１１の調製は、以下のようにして行った。充填材粒子としてアルミナ（平均粒径２．５μｍ）を用い、アルミナ粉：水：分散剤＝８５：１４：１（重量比）となるように調合した。分散剤には、セラモ（第１工業製薬社製、商品名）を用いた。この調合原料を混合、攪拌して充填材スラリーを調製し、得られた充填材スラリーを、金属カバー３内に空隙が生じないよう充填し、上記したように熱処理して、充填材１１とした。
【００５０】
図３（ａ）は、本発明の充填材スラリーを矩形の金属ケース内に充填し、乾燥させたサンプルの表面状態を示している。一方、図３（ｂ）には、比較のため、従来の充填材スラリーを用いたサンプルの表面状態を示す。従来の充填材スラリーは、アルミナ９１ｇに、ガラス２.０ｇ、カオリン３.０ｇ、タルク１.７ｇの重量割合で添加し（アルミナ：結合助剤＝１３：１）、充填材スラリー中の水分含有量を２０重量％としたものである。図３（ａ）、（ｂ）を比較観察して明らかなように、本発明の充填材スラリーを用いた図３（ａ）は、表面に亀裂がなく、全体が均質であるのに対し、従来の充填材スラリーを用いた図３（ｂ）は、表面に亀裂が多数発生していることがわかる。
【００５１】
また、図４に、本発明の充填材１１を金属カバー３内に充填した感温部１の縦断面を、従来の充填材スラリーを用いた感温部と比較して示す。断面観察に際しては、金属カバー３を樹脂埋めしたものを研磨し、充填材１１の断面を出した。さらに、断面に対してビッカース圧子を打ち込み、硬度（Ｈｖ）を測定した。図中に、硬度測定点を◆で、各測定点の硬度（Ｈｖ）を数値で示している。図示されるように、本発明の充填材１１は、硬度（Ｈｖ）に測定箇所の違いによるバラつきがないのに対し、従来の充填材は、硬度（Ｈｖ）のバラつきが大きい。
【００５２】
具体的には、本発明の充填材１１は、金属カバー３の先端部（図の下端部）、サーミスタ素子２とシースピン４の接続部周り（図の中間部）、金属芯線４２周り（図の上端部）のいずれにおいても、硬度（Ｈｖ）が３６〜３９の範囲にある。断面の他の部位にも亀裂や気泡は見られず、充填材粒子同士が結合しないため、硬度（Ｈｖ）は低いものの、全体が均一であることがわかる。
【００５３】
これに対し、従来の充填材は、金属カバー３の先端部（図の下端部）において、亀裂が見られ、この部分において硬度（Ｈｖ）が１０程度と低くなっている（充填した樹脂の硬度）。また、サーミスタ素子２とシースピン４の接続部周り（図の中間部）に気泡が見られる。断面の他の部位では、硬度（Ｈｖ）は８０前後と高い値を示し、結合助剤により強度が向上していることがわかる。その結果、充填材全体としては、硬度（Ｈｖ）が１０〜８０とバラつきが大きく、不均一となっている。
【００５４】
さらに、上述した方法で調製した本発明の充填材スラリーを用いて、図１に示す構造の温度センサＳを実際に組み立て、耐振性、耐熱性を評価した。この時、温度センサＳの感温部１に充填される充填材１１について、所望の硬度を得るための条件を調べるため、充填材スラリー中の水分含有量を、１０重量％、２０重量％、２５重量％に変更したものを用意した（試料１〜３）。試料１〜３のそれぞれについて、得られた充填材１１の硬度（Ｈｖ）のバラツキを測定し、また、耐振性および耐熱応力の評価試験を行なって、結果を表１に示した。さらに比較のため、従来の充填材スラリーについても、水分含有量を、１５重量％、２０重量％としたものを用意し、同様に評価した（試料４〜５）。
【００５５】
ここで、充填材１１の硬度（Ｈｖ）のバラツキは、図５のようにして評価した。図示するように、温度センサＳの感温部１を断面視した時に、サーミスタ素子２のリード線２２とシースピン４の金属芯線４２との接合部と、金属カバー３の内表面の中間位置で、接合部に沿う左右５箇所ずつを測定箇所（図中◆）とし、充填材１１の硬度（Ｈｖ）を測定して、そのバラつきを調べた。測定する際の荷重は１００Ｎとした。バラつきの評価基準は、以下の通りとした。
◎：測定した硬度（Ｈｖ）の最大値と最小値の差が２０以下
×：測定した硬度（Ｈｖ）の最大値と最小値の差が２０を超える
【００５６】
また、耐振性は、温度センサＳに対して、振動試験として車両振動と同等の振動を与えた時に、サーミスタ素子２とシースピン４の接合部に断線が生じるか否かを調べた。評価基準は以下の通りとした。
◎：車両環境同等の2倍の振動付加を加えても断線無し
○：車両環境同等の振動付加を加えても断線なし
×：車両環境同等の振動付加で断線
耐熱応力は、温度センサＳの加熱と冷却を繰り返し行ない、室温（２分）⇔１０００℃（２分）を１サイクルとして、１２０００サイクル行なった時に、断線が生じるか否かを調べた。評価基準は以下の通りとした。
◎：１０００℃、１２０００サイクルで断線なし
△：８５０℃、１２０００サイクルで断線なし、かつ１０００℃、１２０００サイクルで断線あり
【００５７】
表１に明らかなように、従来の充填材スラリーを用いた試料５は、硬度バラつきが大きい。これは、結合助剤が添加されているため、スラリーがチキソトロピーを示し、亀裂や気泡の原因になっていると考えられる。また、亀裂や気泡の存在が、耐振性、耐熱応力性にも影響し、現在の使用環境下（８５０℃）では問題がない場合でも、今後ニーズが増えると考えられる、より高温での使用（１０００℃）では、十分な効果が得られない。これは、充填材スラリー中の水分含有量を少なくした試料４においても、同様の結果となっており、結合助剤の有無が硬度バラツキに大きく影響していることがわかる。
【００５８】
これに対して、結合剤を含有しない本発明の充填材スラリーを用いた場合は、特に、水の含有量を１０〜２０重量％として調製することで、硬度（Ｈｖ）のバラつきを小さくすることができる。また、耐振性、耐熱応力性も優れている。なお、水の含有量を８重量％として調製したところ、充填可能なスラリー状態とすることができず、この試料について上記評価試験を実施することはできなかった。水の含有量が２５重量％である試料３では、硬度バラつきがあり、結合助剤が無添加であっても、水分量が多いと乾燥時の亀裂につながることを示している。試料３では、耐熱応力は良好な結果が得られるものの、耐振性試験で亀裂に起因すると見られる断線が生じた。
【００５９】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上により、本発明の温度センサは、感温素子を保持する充填材を改良し、素子振動や衝撃を吸収して素子の変位によるリード線の断線や素子の損傷を防止することが可能となる。よって、自動車エンジンの排気系のように、高温・高振動の使用環境下においても出力の安定性に優れ、高い信頼性と耐振性および応答性とを兼ね備えた温度センサを実現することができる。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ  温度センサ
１  感温部
１１  充填材
２  サ−ミスタ素子(感温素子)
２１  本体部
２２  リード線
３  金属カバー
３１  ガイド部材
５２  蓋状体
４  シースピン
４１  金属シース
４２  金属芯線
５  取付部
５１  フランジ
６  カバー部材
６１  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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